可降解塑料發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

王 維

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，陜西西安 710075）

在石油化學(xué)工業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，塑料已經(jīng)滲透應(yīng)用到各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)塑料主要是以石油為原料，具有較好的抗變形能力和穩(wěn)定性，由于這些塑料不易降解，廢棄塑料造成的“白色污染”日益加劇，數(shù)以百萬噸計(jì)的塑料垃圾被丟棄到自然環(huán)境中。目前對于廢棄塑料的常見處理方法有：焚燒、填埋和再生利用等，根據(jù)OECD《全球塑料展望報(bào)告》，2019 年全球的塑料垃圾達(dá)3.53 億噸，回收利用的僅占9%，焚燒的占19%，70%以上被棄入土壤、空氣與海洋之中[1]。

要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，塑料“白色污染”問題亟待解決，環(huán)境友好型可降解塑料已被公認(rèn)為是解決該問題的重要途徑之一，引起科研人員的廣泛關(guān)注。近些年來，我國相繼頒布了多項(xiàng)涉及塑料制品的政策，特別是在禁塑、限塑方面。預(yù)計(jì)到2025 年底，不可降解塑料袋將逐步在全國范圍內(nèi)被淘汰[2]。在政策的大力推動下，可降解塑料將成為未來塑料制品發(fā)展的趨勢。

1 分類

為規(guī)范可降解塑料的生產(chǎn)、銷售和使用，截至2022年底，我國已經(jīng)先后發(fā)布了GB/T 20197—2006《降解塑料的定義、分類、標(biāo)志和降解性能要求》[3]和《可降解塑料制品的分類與標(biāo)識規(guī)范指南》[4]等20 多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)降解途徑（機(jī)理），可降解塑料分為生物降解塑料、光降解塑料、光-生物降解塑料和其他方式降解塑料。由于熱氧降解塑料、光降解塑料降解后，以塑料碎片的形態(tài)殘留在環(huán)境中，對環(huán)境造成了更大危害，歐盟已經(jīng)禁止此類塑料進(jìn)入成員國市場，我國也擬限制此類塑料制品的使用。由于光降解塑料、光-生物降解塑料的技術(shù)尚不成熟，目前提到的可降解塑料通常是指生物降解塑料及其他方式降解塑料。

生物降解塑料可在微生物作用下，斷裂聚合物中的長鏈，并最終降解成二氧化碳和水，不增加對環(huán)境的負(fù)荷。因此，生物降解塑料是解決“白色污染”的有效途徑之一，已成為國際上熱門的研發(fā)方向。生物降解塑料一般根據(jù)微生物與塑料之間的降解機(jī)理及塑料性能進(jìn)行分類，按生物分解的程度和性質(zhì)分為破壞性生物降解塑料和完全生物降解塑料；按原料也可分為石油基可降解塑料和生物基可降解塑料。石油基可降解塑料利用石油資源為主要原料，單體經(jīng)合成聚合后制備的可降解塑料，包括聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己內(nèi)酯（PCL）、二氧化碳共聚物（PPC）和聚乙醇酸（PGA）等[5]。生物基可降解塑料利用生物資源為原料制成，直接加工或由微生物發(fā)酵或微生物與化學(xué)物質(zhì)合成得到的可降解塑料，目前已開發(fā)出多種具有良好生物降解性能的塑料，主要包括聚乳酸（PLA）、聚羥基二甲酯（PHA）、PGA、淀粉基、纖維素等[6]。常見可降解塑料的性能對比，見表1。

表1 常見可降解塑料性能對比

目前，技術(shù)最為成熟的生物基可降解塑料（PLA）和石油基可降解塑料（PBAT），這兩種塑料已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化的能力，也被各大企業(yè)重點(diǎn)布局。由于技術(shù)不成熟和原材料價(jià)格高等原因，PHA、PBS 等目前還處于實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)階段。同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，PBS 等一些石油基可降解塑料已轉(zhuǎn)向使用生物基BDO、生物基丁二酸等生物基原料，因此生物基可降解塑料和石油基可降解塑料之間的界限變得模糊。

2 政策與機(jī)遇

2.1 全球

塑料為人們提供便利的同時(shí)也帶來種種環(huán)境污染問題?？山到馑芰弦蚱洵h(huán)保特性備受矚目，但現(xiàn)階段成本相對較高，尚未得到普及應(yīng)用。世界各國紛紛制訂相關(guān)政策，致力于限制傳統(tǒng)塑料的使用，推廣可降解塑料的研發(fā)與產(chǎn)銷。2022 年2 月，在聯(lián)合國環(huán)境大會第五屆會議續(xù)會上，發(fā)布了首個全球范圍內(nèi)的“限塑令”[7]，提出終結(jié)塑料污染，推動全球限塑。隨著全球各國加快禁塑、限塑政策，一次性塑料制品的使用量有所下降，可降解塑料市場需求在政策驅(qū)動下持續(xù)增長。近年來，中國、印度、日本等多個國家也相繼發(fā)布了限塑政策（表2），亞洲地區(qū)對生物降解塑料的需求量將迅速增長，并有望取代歐洲成為全球最大的消費(fèi)市場。

表2 近十年世界各國家/地區(qū)限塑政策

2.2 中國

近年來，我國逐步推行“禁塑令”，陸續(xù)出臺多個關(guān)于塑料污染治理工作的政策文件，明確了禁塑、限塑時(shí)間表（表3）。2020 年初，我國發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》[8]，把可降解塑料提升到更為核心的高度，要求分層級、分時(shí)間進(jìn)行塑料治理，加快推廣塑料的可替代產(chǎn)品。在我國宣布《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”塑料污染治理行動方案》[9]等一系列政策規(guī)劃中，明確要求減少一次性塑料使用，提出不可降解的塑料袋、塑料餐具及一次性塑料吸管等禁用時(shí)間，提出塑料污染全鏈條治理專項(xiàng)工作。同時(shí)，我國積極發(fā)展可降解塑料，加快可降解塑料降解機(jī)理和影響研究工作。目前，全國已有30 多個省市、直轄市出臺了禁塑、限塑政策，各地方政府加強(qiáng)相關(guān)監(jiān)管，提高人民環(huán)保意識，倡導(dǎo)摒棄不可降解塑料袋。我國可降解塑料的政策日益細(xì)化，預(yù)計(jì)后續(xù)國家將出臺更為精準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定和指南。

表3 我國主要的禁塑、限塑政策

在“雙碳”背景下，我國可降解塑料行業(yè)以政策為發(fā)展的強(qiáng)大外驅(qū)動力，替代市場前景巨大，需求量將實(shí)現(xiàn)高速增長，將迎來新發(fā)展契機(jī)。特別是在餐飲、快遞、酒店和醫(yī)療等領(lǐng)域，對一次性可降解塑料制品需求旺盛?；趪鴥?nèi)政策以及國外可降解塑料市場需求情況，預(yù)計(jì)到2025 年我國可降解塑料制品的潛在市場將超過250 萬噸[10]。

3 可降解塑料行業(yè)現(xiàn)狀

3.1 市場情況

2020 年，全球塑料產(chǎn)量近4 億噸，然而生物降解塑料僅為123 萬噸，占總量的0.3%，生物降解塑料發(fā)展?jié)摿薮?。全球生物降解塑料的市場?guī)模逐年上升，從2016 年的25 億美元上升至2020 年的35 億美元左右。我國實(shí)施“禁塑令”后，可降解塑料市場規(guī)模將大幅度增長，取代西歐地區(qū)成為可降解塑料主要應(yīng)用地區(qū)。隨著生物降解塑料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大和下游一次性生物降解塑料產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定發(fā)展，我國生物降解塑料消費(fèi)量增長到2022 年的65.34 萬噸，銷售額增長超過160 億元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次性生物降解塑料產(chǎn)品主要包括醫(yī)療用品、塑料包裝和農(nóng)用地膜等產(chǎn)品。

（1）醫(yī)療用品。生物降解塑料具有無刺激、無毒、可被人體組織吸收等特性，可用于生產(chǎn)緩釋劑、骨固定材料、人造皮膚、非永久性植入器械等醫(yī)療用品[11]。

（2）塑料包裝。利用淀粉、纖維素、甲殼素等天然高分子材料生產(chǎn)的可生物降解食品包裝無毒、安全且環(huán)保，應(yīng)用前景良好[12]。

（3）農(nóng)用地膜。農(nóng)用地膜體量大、使用集中，且可降解生物地膜不需回收即可在農(nóng)田實(shí)現(xiàn)生物降解，助力綠色農(nóng)業(yè)，因此農(nóng)用地膜是可降解塑料應(yīng)用推廣的重要領(lǐng)域，生物基可降解地膜主要包括PLA、淀粉基塑料、PHB 等。

根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》[8]規(guī)劃和2025 年塑料消費(fèi)量，保守估計(jì)可降解塑料滲透率為30%，預(yù)估2025 年農(nóng)用地膜、可降解塑料袋、一次性餐具以及快遞塑料包裝將會分別釋放49 萬噸、106 萬噸、49 萬噸和36 萬噸的需求，可降解塑料市場規(guī)模將超過540 億元（表4、表5）。

表4 2016-2022 年我國生物降解塑料市場消費(fèi)量及銷售額

表5 “十四五”末我國可降解塑料市場規(guī)模預(yù)測

3.2 產(chǎn)能情況

全球生物降解塑料產(chǎn)能將穩(wěn)步提升，預(yù)計(jì)將從2021 年的170 萬噸增長至2025 年的400 萬噸。目前，包括PLA、PBAT、PCL、PHA、淀粉混合物和其他生物降解塑料在內(nèi)的所有生物降解塑料產(chǎn)能超過150 萬噸，占全球生物降解塑料產(chǎn)能的64%以上。PBAT 和PLA等塑料在性能上已與一般日用消費(fèi)級塑料比較接近，發(fā)展比較成熟，與其他可降解塑料相比，其性價(jià)比更具優(yōu)勢，且市場應(yīng)用最廣，分別占全球市場的24%和25%。

雖然我國生物降解塑料產(chǎn)業(yè)起步較晚，但在政策支持和市場需求的雙重驅(qū)動下迅速發(fā)展，目前我國已成為全球最大的生物降解塑料生產(chǎn)國，占世界產(chǎn)能的60%左右。但我國生物降解塑料的消費(fèi)量只占全球總量的4.6%，行業(yè)尚處于爆發(fā)的初期。目前，如乳酸、BDO 和PTA 等生物降解塑料上游原料以及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)均已成熟，國內(nèi)已公開新建擬建可降解塑料項(xiàng)目以PBAT 和PLA 為主。

4 面臨問題

目前，已開發(fā)出多種具有良好生物降解性能的塑料，但可降解塑料作為新材料在我國的制造和使用的發(fā)展之路尚處于起步階段，一些塑料存在著原料成本較高、回收困難以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，難以滿足實(shí)際需要，可降解塑料的發(fā)展面臨許多不確定因素。

（1）監(jiān)管政策不確定。當(dāng)前，可降解塑料市場主要受國家宏觀政策推動，但與之匹配的補(bǔ)貼政策和監(jiān)管政策尚不明確，有關(guān)政策的可持續(xù)性還需深入研究。

（2）企業(yè)競爭力有待提高。國內(nèi)掌握生物降解塑料技術(shù)的企業(yè)并不多，而且在核心技術(shù)上與國外企業(yè)相比存在一定差距，產(chǎn)品競爭力較弱。以國內(nèi)生產(chǎn)可降解農(nóng)用地膜的廠商為例，目前還仍依賴國外進(jìn)口的高質(zhì)量PBAT 產(chǎn)品。此外，我國可降解塑料制品的加工技術(shù)、設(shè)備、輔助材料、標(biāo)準(zhǔn)及檢測等都未能滿足市場的快速需求，技術(shù)研究還有待進(jìn)一步提升。此外，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化不能協(xié)同發(fā)展，科研成果轉(zhuǎn)化率低，部分研發(fā)產(chǎn)品仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚未進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用階段。

（3）生產(chǎn)成本過高。盡管可降解塑料在價(jià)格上略有下降，但其成本仍遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)塑料，而且在農(nóng)用地膜、塑料包裝等低端應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的價(jià)格敏感性較高，依靠政策驅(qū)動的市場將不可持續(xù)。

（4）可降解塑料以假亂真。目前可降解塑料在餐飲的應(yīng)用最高，但由于可降解塑料的成本高、技術(shù)難度大，同時(shí)目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對可降解塑料的概念不明確，部分制造商為降低成本偷梁換柱，導(dǎo)致產(chǎn)品難以實(shí)現(xiàn)真正的完全降解，這對貫徹落實(shí)綠色環(huán)保形成了阻礙。

（5）不具備成熟的可降解條件。目前，大多數(shù)可降解塑料需要滿足堆肥條件才能降解，而我國堆肥處理能力較低，尚未建立成熟的可降解塑料產(chǎn)品堆肥和回收機(jī)制。鑒于結(jié)構(gòu)和原料等差異，可降解塑料受環(huán)境條件的影響，降解方式和速率存在差異，因此，可降解塑料后端處理的問題影響了可降解塑料的應(yīng)用前景。

5 發(fā)展趨勢及建議

5.1 限塑政策推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在“碳中和”背景下，以加快綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、促進(jìn)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為動力，我國可降解塑料的研發(fā)工作已取得了突破性進(jìn)展，行業(yè)工業(yè)化水平顯著提高。隨著政府禁塑、限塑政策日趨嚴(yán)格，下游工業(yè)部門積極尋找傳統(tǒng)塑料替代品，我國可降解塑料將迎來井噴式需求增長，可降解塑料的市場格局以出口需求為主轉(zhuǎn)向國內(nèi)消費(fèi)+出口需求的二元格局。此外，政府相關(guān)部門加大政策扶持和資金支持力度，不斷完善可降解塑料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，逐步實(shí)施試點(diǎn)推行，并推廣至全國。

5.2 技術(shù)突破有望解決成本問題

可降解塑料下游應(yīng)用需求快速增長，可降解塑料的生產(chǎn)成本主要由原料成本和加工成本構(gòu)成。雖然PLA 上游的丙交酯技術(shù)未能被國內(nèi)企業(yè)完全突破，長期依賴進(jìn)口，原材料供應(yīng)制約了產(chǎn)能擴(kuò)張潛力，近年來，隨著我國在研發(fā)方面不斷投入，生產(chǎn)企業(yè)主動與科研院所合作，部分本土企業(yè)的技術(shù)水平不斷提升，向國際水平靠攏。此外，未來還需對生物降解塑料的分解過程和機(jī)理進(jìn)行深入研究，并通過持續(xù)優(yōu)化具有壁壘性的新工藝和新技術(shù)方法，簡化合成路線并降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)突破將協(xié)助本土生產(chǎn)的原料用量不斷增加，有助于企業(yè)降低可降解塑料產(chǎn)品的原料成本。目前，我國可降解塑料生產(chǎn)規(guī)模偏小，加工成本較高，但隨著規(guī)模的擴(kuò)大，預(yù)計(jì)加工成本將下降，部分國內(nèi)的生產(chǎn)商還能借助區(qū)位優(yōu)勢壓縮運(yùn)輸成本。隨著國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)上的突破，企業(yè)負(fù)擔(dān)的費(fèi)用減少，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放，實(shí)現(xiàn)供需平衡穩(wěn)定狀態(tài)。此外，部分可降解塑料產(chǎn)品制造商通過向上游擴(kuò)展業(yè)務(wù)或通過專注于不同下游應(yīng)用以開發(fā)客戶資源等降本增效的手段，整合產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，以此來優(yōu)化資源配置，促進(jìn)可降解塑料產(chǎn)品市場的發(fā)展。

5.3 應(yīng)用發(fā)展逐漸多元化

隨著我國禁塑、限塑政策不斷出臺完善，在外賣盒、包裝袋、吸管等日常用品中轉(zhuǎn)向采用無毒安全的生物降解塑料，因此，該類塑料在日常生活用品市場的使用率穩(wěn)步增長，未來有望逐步替代普通塑料?？山到馑芰峡梢越柚不旌透男缘仁侄?，進(jìn)一步提升其性能，未來有望取代工業(yè)級塑料，應(yīng)用于生物、醫(yī)療、電子和涂料等領(lǐng)域。

5.4 全民環(huán)保意識的提高

作為一次性塑料替代材料，可降解塑料的性能十分接近傳統(tǒng)塑料，對消費(fèi)體驗(yàn)的影響不大，消費(fèi)者不愿意為此支付溢價(jià)。但隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)以及量產(chǎn)所帶來的成本下降，消費(fèi)者將傾向于使用環(huán)保的可降解塑料。當(dāng)前雖然我國國民整體環(huán)保意識相對較低，但通過宣傳教育能夠提高國民的環(huán)保意識并激發(fā)需求，促進(jìn)可降解塑料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。